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超声波指纹识别技术
传统指纹识别（Touch ID）已成为智能手机的标配。随着“黑科技”超声波指纹识别技术（Sense ID）的出现，具有屏下指纹识别功能的全屏手机越来越普及。与传统指纹识别不同，超声波指纹识别技术是通过发射超声波扫描紧贴屏幕的指纹，并根据接收到的反射超声波分析得出指纹的信息，再进行比对解锁的。超声波是频率超过人类听觉上限的声波，具有较强的穿透能力，能够穿透玻璃、铝、不锈钢、蓝宝石或塑料等。此外，超声波扫描能够不受手指上可能存在的污物影响，如汗、水、护手霜等，从而提供一种更稳定、更精确的识别方法。
（1）人耳能听到的声波的频率范围是20～20 000 Hz，超声波是指频率高于 Hz的声波，人耳通常（能/不能）听到。
（2）Sense ID系统能置于手机内部，是因为超声波具有较强的。
（3）Sense ID系统利用了仿生学原理，它模仿了下列哪种生物？。
A. 蝙蝠 B. 蜘蛛 C. 青蛙 D. 猫
（4）某手机利用Sense ID，从发出超声波到接收到指纹反射的超声波，用时$8× 10^{-6}\ \mathrm{s}$，可知Sense ID系统到手机屏幕表面的距离为 mm。（在屏幕介质中超声波传播的速度取900 m/s，不计Sense ID系统的大小）
（5）Sense ID系统向手指上若干个位置发射超声波，检测到被手指反射的信号时所需的时间随位置的变化情况如题18图甲所示，由图可知这些位置指纹的大致形状，题18图乙中最符合的选项是。（填字母）

（1）20 000；不能 （2）穿透能力 （3）A （4）3.6 （5）A

【分析】
本题围绕超声波指纹识别技术展开，考察超声波的基础概念、特性、应用、速度计算及图像分析能力。解题思路：（1）回忆人耳听觉频率范围，确定超声波的频率界限及人耳对超声波的感知情况；（2）结合题干中超声波的特性，分析系统置于手机内部的原因；（3）依据回声定位的仿生原理，匹配对应生物；（4）利用速度公式计算超声波往返的总路程，再求单程距离；（5）分析图甲中时间与位置的关系，时间越长对应距离越远，据此匹配指纹形状的选项。
【解析】
（1）人耳能听到的声波频率范围是20～20000Hz，频率高于20000Hz的声波为超声波，超出人耳听觉上限，因此人耳不能听到超声波。
（2）题干明确说明超声波具有较强的穿透能力，可穿透玻璃、金属等材料，因此Sense ID系统能置于手机内部，通过穿透屏幕扫描指纹。
（3）超声波指纹识别系统利用反射超声波获取信息，模仿了蝙蝠的回声定位原理，故选A。
（4）超声波从系统发出到接收到反射信号的总路程：$ s_{\mathrm{总}} = vt = 900\ \mathrm{m/s} × 8 × 10^{-6}\ \mathrm{s} = 7.2 × 10^{-3}\ \mathrm{m} = 7.2\ \mathrm{mm} $，因是往返路程，故系统到屏幕表面的距离：$ s = \frac{s_{\mathrm{总}}}{2} = \frac{7.2\ \mathrm{mm}}{2} = 3.6\ \mathrm{mm} $。
（5）图甲中，检测到反射信号的时间越长，说明该位置到系统的距离越远，对应指纹的凸起处；时间短则距离近，对应指纹与屏幕接触的位置。观察图乙，A选项的指纹形状符合图甲的时间变化规律，故选A。
【答案】
（1）20000；不能 （2）穿透能力 （3）A （4）3.6 （5）A
【知识点】
超声波特性、速度公式应用、回声定位
【点评】
本题结合生活中的超声波指纹识别技术，将物理知识与实际应用结合，考察基础概念和简单计算，难度适中，需要学生理解超声波的相关特性及图像的对应关系。
【难度系数】
0.6